三相同步電動機異步起動技術初探
科技研究
作者：王宇 周曉亮
摘 要：本文主要通過對三相同步電動機結構以及工作原理的分析，主要介紹了三相同電動機的幾種起動方式，並對三相同步電動機異步起動進行了初步探討。
關鍵詞：三相同步電動機；異步起動；原理
三相同步電動機是一種常用的交流電機，在穩態運行時，其轉子旋轉速度與定子繞組所產生的旋轉磁場速度一樣，因此稱為同步電動機。與同容量的異步電動機相比，其功率因數高，在運行時不僅不會降低電網功率因數，還可改善電網功率因數。但由於同步電動機不能自起動，往往需要借助其他方式起動，其中異步起動是三相同步電動機起動常用的方式之一。
一、三相同步電機結構及工作原理
（一）三相同步電機結構
三相同步電機與其他類型旋轉電機一樣，均是由固定的定子和可旋轉的轉子組成的，以凸極式同步電機為例，凸極式同步電機的轉子為凸極結構，轉子繞組為集中式繞組，定子與隱極式同步電動機相同，為普通三相分布式繞組，當定子中通過三相對稱電流時，定子和轉子繞組的相互作用而產生轉矩。其中定子、轉子鐵心間的氣隙是不均勻的，在磁極中心線處長度最短，在兩個磁極之間的長度最長，由於氣隙長度的變化，定子磁動勢在磁極中心線產生氣隙磁通密度大於兩個磁極之間處的氣隙磁通密度。
（二）工作原理
同步電機是一種交流電機，其轉速n與定子電流頻率f和極對數p保持嚴格不變的關係，即n=60f/p，在運行的過程中，勵磁繞組通以直流勵磁電流，建立極性相間的主磁場；原動機拖動轉子旋轉，主磁場隨軸一切旋轉並順次切割定子各相繞組，在相對切割運動中，電樞繞組充當功率繞組的電樞繞組感應出大小和方向，按照周期性變化的三相對稱交變電勢，通過引出線，提供交流電源。
同步電動機的運行方式有作為發電機、作為電動機和作為補償機三種，其中作為發電機運行是同步電機最主要的運行方式。
二、三相同步電動機起動方式
同步起動是由另一輔助電動機將同步電動機拖至同步轉速，接上電源同時進行勵磁，由定轉子磁場牽入同步。由於同步電動機的電磁轉矩是由定子電流建立的旋轉磁場與轉子做場的相互作用而產生的，僅僅在兩者相對靜止時，才能得到平均電磁轉矩。如果將同步電動機勵磁，並直接將定子三相繞組與電網接通，這時定子旋轉磁場與已被勵磁的靜止的轉子磁場間有相對運動所以就不能產生恒定方向的電磁轉矩，電動機就不能起動，因此必須借助於其他方法起動，同步電動機通常采用的起動方法輔助電動機起動法、變頻起動法和異步起動法。目前同步電動機幾乎全部采用異步起動方法，電動機轉子磁極極靴處必須裝有籠型起動繞組放在轉子的周圍，結構與異步電動機相似，根據異步電動機原理起動，待轉速接近同步轉速，再加入勵磁，使轉子牽入同步後，起動繞組與旋轉磁場無相對切割運動，失去作用。
三、三相同步電動機異步起動
同步電動在起動時會引起很大的起動電流，可造成很大的機端壓降，影響到同母線上其他正常運行的電動機，可發生運動同步電動機的失動問題，因此同步電動機多采用異步起動。同步電動機異步起動時，因為勵磁繞組匝數多，啟動時開路勵磁繞組切割旋轉磁場產生高電壓，容易擊穿繞組和引起人身觸電事故，因此勵磁繞組不能開路，但也不能短路，這樣會使定子啟動電流增加很多，啟動時應將勵磁繞組通過一個電阻接通，電阻的大小應為勵磁繞組本身電阻的5～10倍，轉速接近同步轉速時，拆除電阻同時加入勵磁電源即可。
四、結語
三相同步電動機在使用過程中轉速恒定，功率因數高，可以通過勵磁靈活調節功率因數，能改善電網功率因數，運行效率高，有較寬的經濟運行範圍，在大型發電機的場合及工礦大型設備中有著較為廣泛的應用。但不能自行起動，目前多采用異步起動方式，此外由於有勵磁繞組和滑環，需要操作者有較高的水平來控製勵磁。
參考文獻：
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